WO2004114409A1 - 磁気ランダムアクセスメモリ - Google Patents

Abstract

　本発明は、磁気抵抗素子に磁界を集中させるために配線に設けられたヨークによって発生されるバイアス磁界がＭＲＡＭの動作に及ぼす影響を抑えるための技術を提供する。本発明によるＭＲＡＭは、第１方向に磁気異方性を有する複数の磁気抵抗素子と、前記第１方向と異なる第２方向に延設され、且つ、前記磁気抵抗素子にデータを書き込むための書き込み電流が流される配線と、強磁性体で形成され、前記第２方向に延設され、且つ、前記配線の表面の少なくとも一部を被覆するヨーク層とを備えている。複数の磁気抵抗素子は、第１磁気抵抗素子と、前記ヨーク層の端からの距離が、前記第１磁気抵抗素子よりも遠い第２磁気抵抗素子とを含む。前記第１磁気抵抗素子が有する前記磁気異方性は、前記第２磁気抵抗素子が有する前記磁気異方性よりも強い。

Description

明 細 書

磁気ランダムアクセスメモリ

技術分野

[0001] 本発明は、磁気ランダムアクセスメモリ（magnetic random access memory :以下、「 MRAM」という。）に関する。本発明は、特に、ヨークが設けられた配線に書き込み電 流が流される MRAMに関する。

背景技術

[0002] MRAMは、高速書き込みが可能であり、且つ、大きな書き換え回数を有する有力 な不揮発性メモリである。典型的な MRAMは、メモリセルとして機能する複数の磁気 抵抗素子が行列に配列されたメモリセルアレイを含む。磁気抵抗素子は、固定され た自発磁化を有する固定強磁性層と、反転可能な自発磁化 (以下、単に「磁化」とい う。）を有する自由強磁性層と、固定強磁性層と自由強磁性層との間に介設されたス ぺーサ層とを含む。 自由強磁性層は、その磁化の向きが、固定強磁性層の磁化の向 きと平行、又は反平行のいずれかに向き得るように形成される。

[0003] 力、かる磁気抵抗素子は、 1ビットのデータを、固定強磁性層と自由強磁性層との磁 化の相対方向として記憶する。磁気抵抗素子は、固定強磁性層の磁化と自由強磁 性層の磁化とが平行である"平行"状態と、それらの磁化が反平行である"反平行"状 態の 2つの状態を取り得る。 "平行"状態と、 "反平行"状態とのうちの一方は" 0"に、 他方は"：! "に対応付けられ、磁気抵抗素子は、 1ビットのデータを記憶することができ る。

[0004] 磁気抵抗素子へのデータの書き込みは、磁気抵抗素子の近傍に設けられた配線 に書き込み電流を流して磁界を発生し、該磁界によって自由強磁性層の磁化を所望 の方向に向けることによって行われる。電流の方向は、向けられるべき自由強磁性層 の磁化の方向に応じて選択される。

[0005] MRAMの消費電流を抑制するために、 自由強磁性層の磁化を反転させる電流（ 書き込み電流）の低減が求められている。書き込み電流を低減する技術の一つは、 書き込み電流が流される配線の周囲に強磁性体で形成されたヨークを設けることで ある。ヨークは、 MRAMのメモリセルに磁界を集中させ、書き込み電流を有効に低減 する。ヨークを備えた MRAMは、例えば、特開 2002-110938号公報、米国特許公 報第 6、 211、 090号、特表 2002— 522915号公報、特開平 9— 204770号公報に開 示されている。

[0006] その一方で、書き込み電流を有効に低減するヨークは、その形状異方性により、不 所望なバイアス磁界の発生源となり得る。バイアス磁界とは、書き込み電流が流され ていない状態で磁気抵抗素子に印加される磁界である。

[0007] 図 35A、 35Bは、典型的な MRAMの構造を示す。図 35Aに示されているように、 書き込み電流が流される配線 101が、 X軸方向に延伸するように設けられ、配線 102 力 軸方向に延伸するように設けられる。配線 101と配線 102とが交差する位置に、 磁気抵抗素子 103が設けられる。図 35Bに示されているように、ヨーク 104は、配線 1 01の上面及び側面を被覆するように、且つ、その端が、配線 101の端と位置整合す るように形成される。

[0008] ヨーク 104は、配線 101の形状に対応した形状を有し、従って、配線 101が延設さ れる方向に長い形状に形成される。このようなヨーク 102の形状異方性は、ヨーク 10 4の磁化を、配線 101が延設される方向に向きやすくする。配線 101の幅が微細化さ れるほど、ヨーク 104の形状異方性は強くなり、ヨーク 104の磁化は配線 101が延設 される方向に向きやすくなる。

[0009] ヨーク 104の磁化力 配線 101が延設される方向に向くことにより、ヨーク 104の X軸 方向の端 104aには磁極が生成される。この磁極は、配線 101が延設される方向に バイアス磁界を発生させる。配線 101の長さが 100 μ m、幅が 1 μ m、厚さが 0· 3 μ mであり、ヨーク 104の厚さが 50nmであり、且つ NiFeで形成されているとしょう。この 場合、ヨーク 104の端 104aに生じる磁極により、端 104aから放射されるバイアス磁 界は、配線 101の端からの X軸方向の距離が 10 x m、配線 101の底面からの距離が 0.： mである位置において、 X軸方向に約 10 (〇e)の強さを有する。

[0010] ヨークが発生するバイアス磁界は、 MRAMの動作に様々な影響を及ぼす。第 1に 、ヨークが発生するバイアス磁界の強さは、メモリセルアレイ内の位置によって異なる ため、該バイアス磁界は、磁気抵抗素子の特性のバラツキの発生の原因となる。これ は、書き込み電流のマージンを小さくし、好ましくない。

[0011] 更に、磁気抵抗素子の磁気異方性の方向が、ヨークが発生するバイアス磁界の方 向と垂直である場合には、ヨークが発生するバイアス磁界は、磁気抵抗素子の自由 強磁性層の抗磁場を小さくし、熱擾乱による磁化の反転を起こしやすくする。ヨーク によるバイアス磁界の発生は、 MRAMのデータ保持の信頼性を低下させ好ましくな レ、。

[0012] 特開 2002— 299574号公報、特開 2002— 280526号公報、特開 2001— 273759 号公報は、磁気クロストークを回避するための MRAMの構造を開示している。しかし 、開示されている構造は、ヨークによるバイアス磁界の発生に対処するためのもので はない。

特許文献 1 :特開 2002 - 110938号公報

特許文献 2 :米国特許公報第 6、 211、 090号

特許文献 3 :特表 2002 - 522915号公報

特許文献 4：特開平 9一 204770号公報

特許文献 5：特開 2002 - 299574号公報

特許文献 6 :特開 2002— 280526号公報

特許文献 7：特開 2001 - 273759号公報

発明の開示

[0013] 本発明の目的は、磁気抵抗素子に磁界を集中させるために配線に設けられたョー クの磁気異方性に起因して発生するバイアス磁界が、 MRAMの動作に及ぼす影響 を抑えるための技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、磁気抵抗素子に磁界を集中させるために配線に設けられた ヨークが発生するバイアス磁界を、磁気抵抗素子に印加されに《する技術を提供す ることにある。

[0014] 一の観点において、本発明による MRAMは、第 1方向に磁気異方性を有する複 数の磁気抵抗素子と、第 1方向と異なる第 2方向に延設され、且つ、磁気抵抗素子に データを書き込むための書き込み電流が流される配線と、配線の表面の少なくとも一 部を被覆するヨーク層とを備えている。ヨーク層は、強磁性体で形成され、且つ、第 2 方向に延設されている。複数の磁気抵抗素子は、第 1磁気抵抗素子と、ヨーク層の 第 2方向における端からの距離が、該第 1磁気抵抗素子よりも遠い第 2磁気抵抗素子 とを含む。ヨーク層の端に近い第 1磁気抵抗素子が有する磁気異方性は、ヨーク層の 端力 遠い第 2磁気抵抗素子が有する磁気異方性よりも強い。ヨーク層の端に近い 第 1磁気抵抗素子がより強い磁気異方性を有することは、ヨーク層が第 2方向に発生 するバイアス磁界による抗磁界の減少を補償し、熱擾乱による第 1磁気抵抗素子の 磁化の反転を有効に防止する。

[0015] 磁気異方性の調節は、例えば、第 1磁気抵抗素子の形状によって達成され得る。

具体的には、第 1磁気抵抗素子と第 1磁気抵抗素子とは、第 1磁気抵抗素子の第 2 方向における幅に対する、第 1磁気抵抗素子の第 1方向における長さの比である第 1 縦横比は、第 2磁気抵抗素子の第 2方向における幅に対する、第 2磁気抵抗素子の 第 1方向における長さの比である第 2縦横比よりも大きくなるように設計され得る。

[0016] 他の観点において、本発明による MRAMは、磁気抵抗素子と、磁気抵抗素子に データを書き込むための書き込み電流が流される第 1配線と、第 1配線の表面の少な くとも一部を被覆する第 1ヨーク層と、第 1ヨーク層の端に生じる磁極が発生するバイ ァス磁界を、該磁気抵抗素子から逸らすように誘導する磁界制御構造体とを備えて いる。第 1ヨーク層は、強磁性体で形成され、第 1配線が延伸する第 1方向に延設さ れている。第 1ヨーク層が発生するバイアス磁界を磁気抵抗素子から逸らすように誘 導する磁界制御構造体は、磁気抵抗素子に鎖交するバイアス磁界を有効に減少す る。従って、該磁界制御構造体は、第 1ヨーク層が発生するバイアス磁界が磁気抵抗 素子の特性に及ぼす影響を抑制することができる。

[0017] より具体的には、前記磁界制御構造体は、第 1ヨーク層の端と、磁気抵抗素子との 間に位置する磁気遮蔽構造体を含むことが好適である。磁気遮蔽構造体は、第 1配 線に対して斜めに交差することが好適である。斜めに交差する磁気遮蔽構造体は、 多くのバイアス磁界をその内部に誘導し、磁気抵抗素子に鎖交するバイアス磁界を 有効に減少する。

[0018] 当該 MRAMの製造工程を簡略化するためには、磁界遮蔽構造体は、磁気抵抗素 子の少なくとも一部と共通の積層構造を有することが好適である。 [0019] 当該 MARMは、更に、当該 MRAMに含まれる全ての磁気抵抗素子へのデータ の書き込みに使用されず、第 1方向と異なる第 2方向に延設され、且つ、第 1ヨーク層 の端と磁気抵抗素子との間に位置する第 2配線と、第 2配線の表面の少なくとも一部 を被覆する第 2ヨーク層とを備えていることが好適である。第 2ヨーク層は、該磁気遮 蔽構造体として機能する。第 2配線と第 2ヨーク層とは、既述の配線とヨーク層と同一 の工程で形成可能であり、このような構造は、当該 MRAMの製造工程を有効に簡略 化する。

[0020] 当該 MRAMが、更に、ヨーク層を被覆するスぺーサ層を備えている場合、磁界制 御構造体は、スぺーサ層を被覆する磁性体層を含み、磁性体層は、ヨーク層の前記 端のうちの一方から放出される磁界を、前記ヨーク層の前記端の他方に誘導すること が好適である。このような構成は、ヨーク層と磁性体層とを閉磁路として機能させ、ョ ーク層の端から放出されるバイアス磁界が磁気抵抗素子に鎖交することを有効に防 止する。

[0021] このためには、ヨーク層と磁性体層との磁化は、逆方向に向いていることが好適で ある。更に、スぺーサ層は、ヨーク層と磁性体層とが、反強磁性的に結合するように、 より好適には、反強磁性的な交換結合によって結合されるように形成されていること が好適である。

[0022] 当該 MRAMが、更に、前記第 1方向に延設された第 2配線と、強磁性体で形成さ れ、第 1方向に延設され、且つ、第 2配線の表面の少なくとも一部を被覆する第 2ョー ク層とを備えている場合、前記磁界制御構造体は、第 1ヨーク層と第 2ヨーク層とを磁 気的に結合する磁性体部材を含むことが好適である。

[0023] 例えば、第 2配線が、第 1方向と垂直な第 2方向において第 1配線に隣接する場合 、該磁性体部材は、第 1ヨーク層の一端と、第 2ヨーク層の一端とを磁気的に結合す る第 1磁性体部材と、第 1ヨーク層の他端と、第 2ヨーク層の他端とを磁気的に結合す る第 2磁性体部材とを含むことが好適である。このような構造は、第 1ヨーク層、第 2ョ ーク層、第 1磁性体部材、及び第 2磁性体部材に閉磁路を構成させてバイアス磁界 を循環させ、第 1ヨーク層及び第 2ヨーク層が第 1方向の端から放出するバイアス磁界 が磁気抵抗素子に鎖交することを有効に防止する。 [0024] 第 1配線と第 2配線とは、それぞれ、単一であると限定して解釈されてはならない。 3 以上の配線を被覆するヨーク層が、第 1磁性体部材及び第 2磁性体部材に磁気的に 結合し得ると解釈されなくてはならなレ、。

[0025] この場合、当該 MRAMは、更に、第 1磁性体部材と第 2磁性体部材との間に介設 された第 3磁性体部材と、磁気抵抗素子に対して前記第 3磁性体部材の反対側に位 置し、且つ、前記第 1磁性体部材と前記第 2磁性体部材との間に介設された第 4磁性 体部材とを備えていることが好適である。第 3磁性体部材と第 4磁性体部材とは、第 1 ヨーク層及び第 2ヨーク層が発生するバイアス磁界の循環を促進し、該バイアス磁界 が磁気抵抗素子に鎖交することを有効に防止する。

[0026] また、このような構成は、第 2配線が、第 1配線に、第 1方向において隣接する場合 にも適用可能である。

[0027] 当該 MRAMが、更に、第 1方向に延設され、第 1配線に第 1方向において隣接す る第 2配線と、強磁性体で形成され、前記第 1方向に延設され、且つ、前記第 2配線 の表面の少なくとも一部を被覆する第 2ヨーク層とを備えている場合、第 2ヨーク層は 、第 1ヨーク層と磁気的に結合する程度に第 1ヨーク層に近接して設けられることによ り、上記の磁界制御構造体として機能することが可能である。

[0028] 更に他の観点において、本発明による MRAMは、磁気抵抗素子と、磁気抵抗素 子にデータを書き込むための書き込み電流が流される配線と、強磁性体で形成され 、前記配線が延伸する方向に延設され、且つ、前記配線の表面の少なくとも一部を 被覆するヨーク層とを備えている。該ヨーク層の端は、該端から放射される磁界が磁 気抵抗素子の特性に実質的に影響を及ぼさない程度に充分に離されている。

[0029] より定量的には、磁気抵抗素子のうちヨーク層の端に最近接するものを最近接磁気 抵抗素子と呼ぶとき、該ヨーク層の端は、端に生じる磁極が最近接磁気抵抗素子に 鎖交させる磁界が、前記磁気抵抗素子の自由強磁性層の真性の抗磁界の 5分の一 以下になる程度に、前記最近接磁気抵抗素子から離れて位置することが好適である 。 自由強磁性層の真性の抗磁界とは、該自由強磁性層の磁気異方性の向きと垂直 な方向に磁界が印加されていないときの、該自由強磁性層の抗磁界を意味する。ョ ーク層の端から最近接磁気抵抗素子の距離が離されることにより、ヨーク層の端に生 じる磁極が磁気抵抗素子に鎖交させる磁界が小さくなる。

[0030] 本発明の更に他の観点において、 MRAMは、第 1方向に延設された複数の第 1配 線と、第 1方向異なる第 2方向に延設された複数の第 2配線と、第 1配線のそれぞれ の少なくとも一部を被覆する第 1ヨーク層と、第 1配線と第 2配線とが交差する交点の それぞれに配置された磁気抵抗素子とを備えている。第 1ヨーク層の第 1方向におけ る第 1端は、第 1端に最近接する最近接磁気抵抗素子から第 1端への距離が、第 2配 線の最小ピッチ以上であるように最近接磁気抵抗素子から離れて位置する。第 1ョー ク層の端から最近接磁気抵抗素子の距離が離

されることにより、第 1ヨーク層の端に生じる磁極が磁気抵抗素子に鎖交させる磁界が 小さくなる。

[0031] 当該 MRAMが、第 2配線のそれぞれの少なくとも一部を被覆する第 2ヨーク層を有 する場合、第 2ヨーク層の第 2方向における第 2端は、第 1端に最近接する最近接磁 気抵抗素子から第 1端への距離が、第 1配線の最小ピッチ以上であるように最近接 磁気抵抗素子から離れて位置する。第 2ヨーク層の端から最近接磁気抵抗素子の距 離が離されることにより、第 2ヨーク層の端に生じる磁極が磁気抵抗素子に鎖交させる 磁界が小さくなる。

[0032] 以上に説明されているように、本発明は、磁気抵抗素子に磁界を集中させるために 配線に設けられたヨークによって発生されるバイアス磁界が MRAMの動作に及ぼす 影響を抑えるための技術を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0033] [図 1]図 1は、本発明による MRAMの実施の第 1形態を示す上面図である。

[図 2]図 2は、本発明による MRAMの実施の第 1形態を示す断面図である。

[図 3]図 3は、本発明による MRAMの実施の第 1形態を示す断面図である。

[図 4]図 4は、本発明による MRAMの実施の第 2形態を示す上面図である。

[図 5]図 5は、本発明による MRAMの実施の第 2形態を示す断面図である。

[図 6]図 6は、本発明による MRAMの実施の第 2形態を示す断面図である。

[図 7]図 7は、磁気遮蔽構造体 26の作用を示す図である。

[図 8]図 8は、実施の第 2形態の MRAMの変形例を示す断面図である。 [図 9]図 9は、実施の第 2形態の MRAMの変形例を示す平面図である。

[図 10]図 10は、実施の第 2形態の MRAMの他の変形例を示す断面図である。

[図 11]図 11は、実施の第 2形態の MRAMの他の変形例を示す平面図である。 園 12]図 12は、実施の第 2形態の MRAMの更に他の変形例を示す断面図である。 園 13]図 13は、実施の第 2形態の MRAMの更に他の変形例を示す断面図である。

[図 14]図 14は、実施の第 2形態の MRAMの更に他の変形例を示す平面図である。

[図 15]図 15は、実施の第 2形態の MRAMの更に他の変形例を示す断面図である。

[図 16]図 16は、実施の第 2形態の MRAMの更に他の変形例を示す断面図である。 園 17]図 17は、本発明による MRAMの実施の第 3形態を示す断面図である。

[図 18]図 18は、本発明による MRAMの実施の第 3形態を示す断面図である。 園 19]図 19は、本発明による MRAMの実施の第 3形態の変形例を示す断面図であ る。

[図 20]図 20は、本発明による MRAMの実施の第 4形態を示す平面図である。 園 21]図 21は、本発明による MRAMの実施の第 4形態を示す断面図である。 園 22]図 22は、本発明による MRAMの実施の第 4形態を示す断面図である。 園 23]図 23は、本発明による MRAMの実施の第 4形態の変形例を示す断面図であ る。

[図 24]図 24は、本発明による MRAMの実施の第 4形態の他の変形例を示す断面図 である。

[図 25]図 25は、本発明による MRAMの実施の第 4形態の他の変形例を示す平面図 である。

[図 26]図 26は、本発明による MRAMの実施の第 4形態の更に他の変形例を示す断 面図である。

[図 27]図 27は、本発明による MRAMの実施の第 4形態の更に他の変形例を示す断 面図である。

[図 28]図 28は、本発明による MRAMの実施の第 4形態の更に他の変形例を示す平 面図である。

[図 29]図 29は、本発明による MRAMの実施の第 4形態の更に他の変形例を示す平 面図である。

[図 30]図 30は、本発明による実施の第 5形態の MRAMを示す平面図である。

[図 31]図 31は、実施の第 5形態の MRAMを示す断面図である。

[図 32]図 32は、実施の第 5形態の MRAMの変形例を示す断面図である。

[図 33]図 33は、実施の第 5形態の MRAMの変形例を示す平面図である。

[図 34]図 34は、本発明による実施の第 6形態の MRAMを示す平面図である。

[図 35A]図 35Aは、従来の MRAMを示す断面図である。

[図 35B]図 35Bは、従来の MRAMを示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0034] 以下、添付図面を参照しながら、本発明による MRAMの実施の形態を説明する。

[0035] (実施の第 1形態）

実施の第 1形態では、図 1に示されているように、上書き込み配線 11が X軸方向に 延伸するように設けられ、下書き込み配線 12が X軸方向と垂直な y軸方向に延伸する ように設けられる。磁気抵抗素子 13が、上書き込み配線 11と下書き込み配線 12との 交点のそれぞれに設けられる。図 2に示されているように、磁気抵抗素子 13は、自由 強磁性層 13aと固定強磁性層 13bと、それらの間に介設されたスぺーサ層 13cとを 含んで構成されている。 自由強磁性層 13aは、メタルキャップ層 16を介して上書き込 み配線 11に電気的に接続されている。固定強磁性層 13bは、下書き込み配線 12の 上に形成され、下書き込み配線 12に電気的に接続されている。磁気抵抗素子 13の それぞれは、 自由強磁性層 13aの磁化の方向として 1ビットのデータを保持する。磁 気抵抗素子 13は、 y軸方向に長い形状に形成され、磁気抵抗素子 13の磁気異方性 は、 y軸方向に平行に向けられている。

[0036] 図 2に示されているように、上書き込み配線 11は、導体の上面及び側面は、ヨーク 層 14によって被覆され、図 3に示されているように、下書き込み配線 12の底面及び 側面は、ヨーク層 15によって被覆される。ヨーク層 14、 15は、いずれも、磁気的にソ フトな強磁性体で形成される。図 3に示されているように、ヨーク層 14は、その X軸方 向における端 14a、 14b力 上書き込み配線 11の端 l la、 l ibにそれぞれ位置整合 するように形成される。更に、図 2に示されているように、ヨーク層 15は、その y軸方向 における端 15a、 15bが、下書き込み配線 12の端 12a、 12bにそれぞれ位置整合す るように形成される。従って、ヨーク層 14は X軸方向に長い形状を有し、ヨーク層 15は 、 y軸方向に長い形状を有する。

[0037] 図 3に示されているように、ヨーク層 14は、その形状異方性により、 X軸方向にバイ ァス磁界 Hxを発生する。 X軸方向に長いヨーク層の形状異方性により、ヨーク層 14 の磁化は X軸方向に向けられる。この磁化により、ヨーク層 14の端 14a、 14bには磁 極が発生し、その磁極により、 X軸方向にバイアス磁界が発生される。

[0038] ヨーク層 14の端 14a、 14bに発生する磁極力 ½軸方向に放射する磁界は、ヨーク層 14の端 14a、 14bに近い磁気抵抗素子 13に記憶されるデータの熱擾乱に対する耐 性を弱める。磁気抵抗素子 13のそれぞれに X軸方向に印加されるバイアス磁界 Hx の強さは、ヨーク層 14の端 14a、 14bからの距離が近いほど強レ、。更に、ある磁気抵 抗素子 13の抗磁界 (反転磁界）は、その磁気抵抗素子 13に印加されるバイアス磁界 Hx力 S強レヽほど小さくなる。従って、ヨーク層 14の端 14a、 14bに近レヽほど、磁気抵抗 素子 13の抗磁界は弱くなり、従って、その磁気抵抗素子 13の熱擾乱に対する耐性 は弱くなる。

[0039] ヨーク層 14の端 14a、 14bからの距離が近い磁気抵抗素子 13の熱擾乱に対する 耐性を補強するために、ヨーク層 14の端 14a、 14bに近い磁気抵抗素子 13 (即ち、 上書き込み配線 11の端 l la、 l ibに近い磁気抵抗素子 13)は、端 14a、 14bから遠 い磁気抵抗素子 13よりも、強い磁気異方性が与えられる。より数学的に表現すれば 、ある磁気抵抗素子 13の磁気異方性は、ヨーク層 14の 2の端 14a、 14bのうち、その 磁気抵抗素子 13に近い方の端からの距離の逆数に対して広義に単調に増加するよ うに定められる。ヨーク層 14の端 14a、 14bに近い磁気抵抗素子 13に大きな磁気異 方性が与えられることにより、強レ、バイアス磁界の印加による磁気抵抗素子 13の熱 擾乱に対する耐性の低下がキャンセルされる。

[0040] ヨーク層 14の端 14a、 14bに近いほど強い磁気異方性を磁気抵抗素子 13に与える ために、図 1に示されているように、ヨーク層 14の端 14a、 14bに近い磁気抵抗素子 1 3は、ヨーク層 14の端 14a、 14bから遠い磁気抵抗素子 13よりも y軸方向に細長く形 成される。即ち、磁気抵抗素子 13の y軸方向の幅 w及び X軸方向の長さ Lを用いて磁 気抵抗素子 13の縦横比 Rを下記式：

R = L/w、

によって定義したとき、磁気抵抗素子 13のそれぞれは、ヨーク層 14の端 14a、 14bの うちの近い一端からの磁気抵抗素子 13の距離 dの逆数に対して、磁気抵抗素子 13 の縦横比 Rが広義に単調に増加するような形状に形成されている。図 1では、ヨーク 層 14の端 14a、 14bに最も近い磁気抵抗素子 13は、その縦横比 Rが、他の磁気抵 抗素子 13の縦横比 Rよりも大きくなるような形状に形成されている。ただし、磁気抵抗 素子 13の抵抗を実質的に同一にするために、磁気抵抗素子 13の面積 (即ち、スぺ ーサ層 13cが、 自由強磁性層 13aに接合する面の面積）は、いずれの磁気抵抗素子 13でも実質的に同一にされる。このような磁気抵抗素子 13の形状は、ヨーク層 14に よって X軸方向に発生されるバイアス磁界に起因する熱擾乱に対する耐性の減少を 補償する。

[0041] このように、本実施の形態では、ヨーク層 14が X軸方向に発生するバイアス磁界に よる熱擾乱の低下がキャンセルされ、 MRAMの動作の信頼性が向上される。

[0042] (実施の第 2形態）

実施の第 2形態では、図 4に示されているように、複数の上書き込み配線 21が X軸 方向に延設され、複数の下書き込み配線 22が X軸方向に延設される。図 5に示され ているように、磁気抵抗素子 23が、上書き込み配線 21と下書き込み配線 22との交点 のそれぞれに配置される。磁気抵抗素子 23は、行列に並んで配置され、メモリセル アレイを構成する。磁気抵抗素子 23は、自由強磁性層（図示されない）と固定強磁 性層（図示されない）と、それらの間に介設されたスぺーサ層（図示されない）とを含 む。磁気抵抗素子 23のそれぞれは、 自由強磁性層の磁化の方向として 1ビットのデ ータを記憶する。

[0043] 図 5に示されているように、上書き込み配線 21の上面と側面とは、強磁性体で形成 されたヨーク層 24で被覆される。図 6に示されているように、ヨーク層 24の端 24a、 24 bは、上書き込み配線 21の端 21a、 21bとそれぞれ位置整合している。 x軸方向に長 レ、ヨーク層 24の形状は、ヨーク層 24の磁化を X軸方向に向かせ、ヨーク層 24に X軸 方向のバイアス磁界を発生させる。 [0044] 同様に、下書き込み配線 22の底面と側面とは、強磁性体で形成されたヨーク層 25 で被覆される。図 5に示されているように、ヨーク層 25の端 25a、 25bは、下書き込み 酉己線 22の端 22a、 22bと位置整合している。 y軸方向に長いヨーク層 25の形状は、ョ ーク層 25の磁化を y軸方向に向かせ、ヨーク層 25に y軸方向のバイアス磁界を発生 させる。

[0045] 図 4に示されてレ、るように、磁気抵抗素子 23で構成されるメモリセルアレイを xy平 面に平行な平面内で取り囲むように、磁性体膜を含む磁気遮蔽構造体 26が形成さ れている。図 5に示されているように、磁気遮蔽構造体 26は、上書き込み配線 21の 下方、且つ、下書き込み配線 22の上方に形成されている。図 6に示されているように 、磁気遮蔽構造体 26は、上書き込み配線 21の端 21a、 21b (即ち、ヨーク層 24の端 24a, 24b)と磁気抵抗素子 23のアレイとの間を通過している。更に磁気遮蔽構造体 26は、図 5に示されているように、下書き込み配線 22の端 22a、 22bと磁気抵抗素子 23のアレイとの間を通過している。このような構造を有する磁気遮蔽構造体 26は、ョ ーク層 24及びヨーク層 25が発生するバイアス磁界をその内部に誘導し、該バイアス 磁界が磁気抵抗素子 23に鎖交することを妨げる。かかる作用に、磁気遮蔽構造体 2 6は、磁気抵抗素子 23に印加されるバイアス磁界を有効に減少する。

[0046] 磁気抵抗素子 23に印加されるバイアス磁界をより減少するためには、磁気遮蔽構 造体 26は、上書き込み配線 21の端 21a、 21b及び下書き込み配線 22の端 22a、 22 bに対して凸になるように、且つ、上書き込み配線 21及び下書き込み配線 22に対し て斜めに交差するように形成されてレ、ることが好適である。このような磁気遮蔽構造 体 26の構造は、ヨーク層 24及びヨーク層 25が発生するバイアス磁界を、より多く磁 気遮蔽構造体 26の内部に通過させ、磁気抵抗素子 23に印加されるバイアス磁界の 減少に有効である。

[0047] 例えば、図 7に示されているように、磁気遮蔽構造体 26のうちの部分 26a、 26bの 遮蔽効果について考察する。バイアス磁界 Hは、部分 26a、 26bに向力 方向に印加 される。部分 26a、 26bは、バイアス磁界 Hの上流側に向かって凸になるように V字型 をなすように配設された板材であり、部分 26a、 26bは、幅 1 z m、厚さ 50nmの NiFe で形成されている。バイアス磁界 Hの下流側の、部分 26a、 26bからの距離が 3 m の位置における磁界の大きさは、磁気遮蔽構造体 26がない場合の磁界の 3分の 1以 下になる。更に、部分 26a、 26bからの距離が 5 /i mの位置における磁界の大きさは 、磁気遮蔽構造体 26がない場合の磁界の約 60%になる。

[0048] 本実施の形態において、磁気遮蔽構造体 26が磁気抵抗素子 23の少なくとも一部 と同一の積層構造で構成されていることは、当該 MRAMの製造工程の簡略化でき る点で好適である。例えば、磁気遮蔽構造体 26は、固定強磁性層、 自由強磁性層、 及びスぺーサ層を含む磁気抵抗素子 23のうちの、固定強磁性層と同一の積層構造 で形成され得る。また、磁気遮蔽構造体 26は、固定強磁性層、自由強磁性層、及び スぺーサ層と同一の積層構造で形成され得る。

[0049] 更に本実施の形態において、図 8に示されているように、磁気遮蔽構造体 26は、下 書き込み配線 22の上面に接合して配置され得る。かかる構造は、磁気遮蔽構造体 2 6が磁気抵抗素子 23の少なくとも一部と同一の積層構造で構成され、且つ、磁気抵 抗素子 23が下書き込み配線 22の上面に接合して形成される場合に好適である。磁 気遮蔽構造体 26が下書き込み配線 22の上面に接合して配置される場合、図 9に示 されているように、磁気遮蔽構造体 26に、下書き込み配線 22の間に位置するスリット 26cが形成される。スリット 26cにより、隣接する下書き込み配線 22の間の絶縁が保 たれる。スリット 26cの幅は、下書き込み配線 22の間の絶縁が保たれる範囲でなるベ く小さく選ばれる。

[0050] 更に、図 10に示されているように、磁気遮蔽構造体 26は、上書き込み配線 21の下 面に接合して配置され得る。かかる構造は、磁気遮蔽構造体 26が磁気抵抗素子 23 の少なくとも一部と同一の積層構造で構成され、且つ、磁気抵抗素子 23が上書き込 み配線 21の下面に接合して形成される場合に好適である。磁気遮蔽構造体 26が上 書き込み配線 21の下面に接合して配置される場合、図 11に示されているように、磁 気遮蔽構造体 26に、上書き込み配線 21の間に位置するスリット 26dが設けられる。 スリット 26dにより、隣接する上書き込み配線 21の間の絶縁が保たれる。スリット 26d の幅は、上書き込み配線 21の間の絶縁が保たれる範囲でなるべく小さく選ばれる。

[0051] 更に本実施の形態において、更に、図 12、及び図 13に示されているように、磁気 遮蔽構造体 26の代わりに、ヨーク層 28で被覆された磁気遮蔽用配線 27と、ヨーク層 30で被覆された磁気遮蔽用配線 29が形成され得る。図 14に示されているように、磁 気遮蔽用配線 27及びヨーク層 28は、 X軸方向に延設され、磁気遮蔽用配線 29及び ヨーク層 30は、 y軸方向に延設される。磁気遮蔽用配線 27、 29は、磁気抵抗素子 2 3にデータを書き込むためには使用されなレ、。磁気遮蔽用配線 27、及びヨーク層 28 は、図 12に示されているように、上書き込み配線 21及びヨーク層 24と同一の構造を 有し、且つ、下書き込み配線 22の端 22a、 22bと上書き込み配線 21のアレイとの間 に設けられる。磁気遮蔽用配線 29、及びヨーク層 30は、図 13に示されているように、 下書き込み配線 22及びヨーク層 25と同一の構造を有し、且つ、上書き込み配線 21 の端 21a、 21bと下書き込み配線 22のアレイとの間に設けられる。磁気遮蔽用配線 2 7の側面及び上面に設けられたヨーク層 28は、ヨーク層 25によって y軸方向に生成さ れるバイアス磁界をその内部に誘導し、磁気抵抗素子 23に鎖交することを効果的に 防止する。更に、磁気遮蔽用配線 29の側面及び上面に設けられたヨーク層 20は、ョ ーク層 24によって X軸方向に生成されるバイアス磁界をその内部に誘導し、磁気抵 抗素子 23に鎖交することを効果的に防止する。

[0052] 更に本実施の形態において、図 15に示されているように、磁気遮蔽構造体 26に加 えて、ヨーク層 28で被覆された磁気遮蔽用配線 27が形成され、更に、図 16に示され ているように、ヨーク層 30で被覆された磁気遮蔽用配線 29が形成され得る。磁気遮 蔽構造体 26とヨーク層 28との使用は、ヨーク層 25によって y軸方向に生成されるバイ ァス磁界が磁気抵抗素子 23に鎖交することを一層効果的に防止する。更に、磁気 遮蔽構造体 26とヨーク層 30との使用は、ヨーク層 24によって X軸方向に生成される バイアス磁界が磁気抵抗素子 23に鎖交することを一層効果的に防止する。

[0053] (実施の第 3形態）

図 17及び図 18は、本発明の実施の第 3形態における MRAMを示す。実施の第 3 形態では、ヨーク層の一の端に生じる磁極が発生する磁界力 そのヨーク層の他の 端に誘導され、これにより、磁気抵抗素子に印加されるバイアス磁界が減少されてい る。

[0054] 実施の第 3形態では、図 18に示されているように、側面及び上面がヨーク層 42によ つて被覆された上書き込み配線 41力 軸方向に延設され、図 17に示されてレ、るよう に、側面及び下面がヨーク層 44によって被覆された下書き込み配線 43が y軸方向に 延設される。ヨーク層 42及びヨーク層 44は、 NiFeのような導電性の強磁性体で形成 される。磁気抵抗素子 45が、上書き込み配線 41と下書き込み配線 42とが交差する 位置のそれぞれに設けられる。

[0055] 図 17に示されているように、上書き込み配線 41を被覆するヨーク層 42の側面及び 上面は、スぺーサ層 47で被覆され、そのスぺーサ層 47の側面及び上面は、強磁性 体で形成された磁性体層 48で被覆される。図 18を参照して、磁性体層 48の X軸方 向における 2つの端は、ヨーク層 42の 2つの端とそれぞれ位置整合（aligned)される。 X軸方向に延設された上書き込み配線 41を被覆するヨーク層 42及び磁性体層 48は 、その形状が X軸方向に長い。従って、ヨーク層 42及び磁性体層 48の磁化は、形状 異方性によって X軸方向に向く。 X軸方向に向けられた磁化は、ヨーク層 42及び磁性 体層 48の X軸方向の端に磁極を発生させる。

[0056] 図 18を参照して、ヨーク層 42の端の磁極が放出する磁界が磁気抵抗素子 45に印 カロされることを防ぐために、ヨーク層 42の磁化は、磁性体層 48の磁化と逆方向に向 けられる。これは、ヨーク層 42の一端の磁極が発生した磁界の多くを、磁性体層 48を 通じてヨーク層 42の他端に循環させ、ヨーク層 42の端に生じる磁極が放出するバイ ァス磁界が磁気抵抗素子 45に印加されることを効果的に防ぐ。

[0057] 例えば、ヨーク層 42が 50nmの NiFe膜で形成され、磁性体層 48が 50nmの NiFe 膜で形成され、スぺーサ層 47が厚さ 20nmの絶縁体で形成されているとする。この場 合、磁性体層 48が形成されることにより、ヨーク層 42によって磁気抵抗素子 45に印 カロされるバイアス磁界の強さは 50分の 1以下になる。

[0058] ヨーク層 42の磁ィ匕を、磁性体層 48の磁化と逆方向に向けるために、スぺーサ層 47 は、ヨーク層 42と磁性体層 48とが磁気的に強磁性的に結合しないように設計される 。スぺーサ層 47の設計が不適切であると、ヨーク層 42と磁性体層 48とが交換結合に よって強磁性的に結合し得る。ヨーク層 42と磁性体層 48との間の強磁性的な結合は 、ヨーク層 42の磁化を磁性体層 48の磁化と同一方向に向けるため好ましくない。

[0059] 好適には、スぺーサ層 47は、ヨーク層 42と磁性体層 48とが反強磁性的に結合する ように設計される。スぺーサ層 47の材料と厚さとを最適化することによってヨーク層 42 と磁性体層 48とを反強磁性体的に結合させることができることは、当業者には、 自明 的である。スぺーサ層 47は、ヨーク層 42と磁性体層 48とが反強磁性的な交換結合 によって磁気的に結合するように設計されることが好適である。

[0060] スぺーサ層 47は、絶縁体と導電体とのいずれで形成されることも可能である。ただ し、上書き込み配線 41に流される書き込み電流が磁気抵抗素子 45に印加する磁界 を大きくするためには、スぺーサ層 47は、絶縁体で形成されることが好適である。ス ぺーサ層 47が絶縁体で形成されることにより、書き込み電流が流れる配線 (即ち、上 書き込み配線 41及びヨーク層 42)の実効的な太さが小さくなり、磁気抵抗素子 45に 印加される磁界が増大する。

[0061] ヨーク層 42の磁化を、磁性体層 48の磁化と逆方向に向けることを容易にするため に、ヨーク層 42と磁性体層 48とは、それらの抗磁界が異なるように設計される。ヨーク 層 42と磁性体層 48との抗磁界が異なることは、外部磁界の印加によってヨーク層 42 と磁性体層 48との磁化を逆向きにすることを可能にする。例えば、ヨーク層 42の抗磁 界力 磁性体層 48の抗磁界よりも大きいとしょう。この場合、ヨーク層 42と磁性体層 4 8との両方の抗磁界のよりも大きい第 1磁界を X軸方向に平行に印加した後、磁性体 層 48の抗磁界よりも大きぐヨーク層 42の抗磁界よりも小さい第 2磁界を、第 1磁界と 逆の方向に印加することにより、ヨーク層 42の磁化を、磁性体層 48の磁化とを逆方 向に向けることが出来る。

[0062] ヨーク層 44、スぺーサ層 49、及び磁性体層 50も、ヨーク層 42、スぺーサ層 47、及 び磁性体層 48と同様に構成される。図 18に示されているように、下書き込み配線 43 を被覆するヨーク層 44の側面及び上面は、スぺーサ層 49で被覆され、そのスぺーサ 層 49の側面及び上面は、強磁性体で形成された磁性体層 50で被覆される。図 17を 参照して、磁性体層 50の y軸方向における 2つの端は、ヨーク層 44の 2つの端とそれ ぞれ位置整合される。 y軸方向に延設された上書き込み配線 41を被覆するヨーク層 44及び磁性体層 50は、その形状が X軸方向に長い。従って、ヨーク層 44及び磁性 体層 50の磁化は、形状異方性によって y軸方向に向く。 y軸方向に向けられた磁化 は、ヨーク層 44及び磁性体層 50の y軸方向の端に磁極を発生させる。

[0063] 図 18を参照して、ヨーク層 44の端の磁極が放出する磁界が磁気抵抗素子 45に印 カロされることを防ぐために、ヨーク層 44の磁化は、磁性体層 50の磁化と逆方向に向 けられる。これは、ヨーク層 44の一端の磁極が発生した磁界の多くを、磁性体層 50を 通じてヨーク層 44の他端に循環させ、ヨーク層 44の端に生じる磁極が放出する磁界 が磁気抵抗素子 45に印加されることを効果的に防ぐ。

[0064] ヨーク層 44の磁ィ匕を、磁性体層 50の磁化と逆方向に向けるために、スぺーサ層 49 は、ヨーク層 44と磁性体層 50とが磁気的に強磁性体的に結合しないように、好適に は、ヨーク層 44と磁性体層 49とが反強磁性体的に結合するように設計される。

[0065] スぺーサ層 49は、絶縁体と導電体とのいずれで形成されることも可能である。ただ し、下書き込み配線 41に書き込み電流が流されたときに磁気抵抗素子 45に印加す る磁界を大きくするためには、スぺーサ層 49は、絶縁体で形成されることが好適であ る。

[0066] ヨーク層 44の磁化を、磁性体層 50の磁化とを逆方向に向けることを容易にするた めに、ヨーク層 44と磁性体層 50とは、それらの抗磁界が異なるように設計される。ョ ーク層 55と磁性体層 50との抗磁界が異なることは、外部磁界の印加によってヨーク 層 44と磁性体層 50との磁化を逆向きにすることを可能にする。例えば、ヨーク層 44 の抗磁界が、磁性体層 50の抗磁界よりも大きい場合、ヨーク層 44と磁性体層 50との 両方の抗磁界のよりも大きい第 1磁界を y軸方向に平行に印加した後、磁性体層 50 の抗磁界よりも大きぐヨーク層 44の抗磁界よりも小さい第 2磁界を、第 1磁界と逆の 方向に印加することにより、ヨーク層 44の磁化を、磁性体層 50の磁化とを逆方向に 向けることが出来る。

[0067] このように、本実施の形態の MRAMの構造は、磁性体層 48及び磁性体層 50を、 それぞれヨーク層 42及びヨーク層 44と磁気的に結合させ、バイアス磁界が磁気抵抗 素子 45に印加されることを有効に防止する。

[0068] 本実施の形態において、図 19に示されているように、スぺーサ層 47が絶縁体であ る場合には、スぺーサ層 47及び磁性体層 48が、上書き込み配線 41のそれぞれに 対応して設けられる代わりに、全ての上書き込み配線 41及びヨーク層 43を被覆する ように形成されることが可能である。図 19に示されている構造は、磁性体層 48 'の形 成が容易であるため有利である。同様に、スぺーサ層 49が絶縁体である場合には、 スぺーサ層 49及び磁性体層 50は、下書き込み配線 43のそれぞれに対応して設け られるのではなぐ一体に形成されることが可能である。

[0069] (実施の第 4形態）

図 20は、本発明による MRAMの実施の第 4形態を示す。実施の第 4形態では、一 の書き込み配線を被覆するヨーク層の端から放射される磁界力 他の書き込み配線 を被覆するヨーク層の端に誘導され、該磁界が、磁気抵抗素子を鎖交しないように循 環される。これにより、磁気抵抗素子に印加されるバイアス磁界が減少されている。

[0070] より詳細には、実施の第 4形態では、側面及び上面がヨーク層によって被覆された 上書き込み配線 51が X軸方向に延設され、側面及び下面がヨーク層によって被覆さ れた下書き込み配線 52が y軸方向に延設される。図を見やすくするために、ヨーク層 は、図 20には図示されていない。ヨーク層は、 NiFeのような導電性の強磁性体で形 成される。磁気抵抗素子（図示されない）が、上書き込み配線 51と下書き込み配線 5 2とが交差する位置のそれぞれに設けられる。 y軸方向に隣接する 2本の上書き込み 配線 51は、配線組 53を構成し、 X軸方向に隣接する 2本の下書き込み配線 52は、 配線組 54を構成する。

[0071] 導電性の磁性体膜 55aが、一の配線組 53に含まれる 2本の上書き込み配線 51の 第 1端 51aにオーバーラップするように設けられ、導電性の磁性体膜 55bが、該一の 配線組 53に含まれる 2本の上書き込み配線 51の第 2端 51bにオーバーラップするよ うに設けられる。図 21は、上書き込み配線 51の第 1端 51a (及び第 2端 51b)の近傍 の構造を示す断面図である。上書き込み配線 51の上面及び側面がヨーク層 57によ つて被覆されている。上書き込み配線 51aの第 1端 51a (及び第 2端 51b)とヨーク層 5 7とは、絶縁膜 58によって被覆され、磁性体膜 55a、 55bは、その絶縁膜 58の上に 設けられる。絶縁膜 58は、 2本の上書き込み配線 51を電気的に絶縁する。ヨーク層 5 7の X軸方向の端は、絶縁膜 58を挟んで磁性体膜 55a、 55bに対向する。

[0072] このような構造は、ヨーク層 57と磁性体膜 55a、 55bとを磁気的に結合させる。上書 き込み配線 51を被覆するヨーク層 57は、 X軸方向に長い形状を有しており、ヨーク層 57の磁化は、形状異方性に起因して X軸方向に平行に向く。従って、ヨーク層 57の X 軸方向の端には磁極が発生する。ヨーク層 57の端は、磁性体膜 55a、 55bに対向す るから、ヨーク層 57の端に発生する磁極は、磁性体膜 55a、 55bと磁気的に結合する

[0073] 同様に、図 20に示されているように、導電性の磁性体膜 56aがーの配線組 54に含 まれる 2本の下書き込み配線 52の第 1端 52aにオーバーラップするように設けられ、 導電性の磁性体膜 5bbが、該一の配線組 54に含まれる 2本の下書き込み配線 52の 第 2端 52bにオーバーラップするように設けられる。図 22は、下書き込み配線 52の第 1端 52a (及び第 2端 52b)の近傍の構造を示す断面図である。下書き込み配線 52は 、層間絶縁膜 59に設けられた溝に埋め込まれる。下書き込み配線 52の下面及び側 面は、ヨーク層 60によって被覆される。下書き込み配線 52の y軸方向の端も、ヨーク 層 60によって被覆されることに留意されるべきである。即ち、ヨーク層 60は、下書き込 み配線 52の下面に接する下面被覆部分 60aと、下書き込み配線 52の y軸方向の端 を被覆する端部分 60bとを含む。下書き込み配線 52、層間絶縁膜 59、及びヨーク層 60は、絶縁膜 61によって被覆される。磁性体膜 56a、 56bは、その絶縁膜 61の上に 形成される。絶縁膜 61は、該 2本の下書き込み配線 52を電気的に絶縁する。ヨーク 層 60の端部分 60bの上端は、絶縁膜 61を挟んで磁性体膜 56a (及び 56b)に対向 する。

[0074] このような構造は、ヨーク層 60と磁性体膜 56a、 56bとを磁気的に結合させる。下書 き込み配線 52を被覆するヨーク層 60の下面被覆部分 60aは、 X軸方向に長い形状 を有しており、下面被覆部分 60aの磁化は、形状異方性に起因して X軸方向に平行 に向く。更に、ヨーク層 60の端部分 60bが上方向（z軸方向）に延伸するため、端部 分 60bの磁化は、 z軸方向に向く。従って、ヨーク層 60の端部分 60bの上端に磁極が 発生する。ヨーク層 60の端部分 60bの上端は、磁性体膜 56a (及び 56b)に対向する から、ヨーク層 60の端部分 60bの上端に発生する磁界は、磁性体膜 56a、 56bと磁 気的に結合する。

[0075] 図 20を参照して、一の配線組 53の上書き込み配線 51を被覆する 2つのヨーク層 5 7の磁化は、互いに、逆向きに向けられている。これは、ヨーク層 57が発生するバイァ ス磁界を循環させ、磁気抵抗素子に鎖交することを防ぐ。ヨーク層 57は、磁性体膜 5 5a、及び 55bに磁気的に結合しているため、一の配線組 53に含まれる 2つのヨーク 層 57の一方が発生するバイアス磁界の実質的に全ては、磁性体膜 55a、 55bを介し て、他のヨーク層 57に誘導される。これは、ヨーク層 57と磁性体膜 55a、 55bと力 S、実 質的に、閉磁路を構成することを意味する。従って、ヨーク層 57が発生するバイアス 磁界は、実質的に、磁気抵抗素子に鎖交しない。

[0076] 同様に、一の配線組 54の下書き込み配線 52を被覆する 2つのヨーク層 60の磁化 は、互いに、逆向きに向けられる。これは、ヨーク層 60が発生するバイアス磁界を循 環させ、磁気抵抗素子に鎖交することを防ぐ。ヨーク層 60は、磁性体膜 55a、及び 55 bに磁気的に結合しているため、一の配線組 54に含まれる 2つのヨーク層 60の一方 が発生するバイアス磁界の実質的に全ては、磁性体膜 56a、 56bを介して、他のョー ク層 60に誘導される。これは、ヨーク層 60と磁性体膜 56a、 56bと力 実質的に、閉 磁路を構成することを意味する。従って、ヨーク層 60が発生するバイアス磁界は、実 質的に、磁気抵抗素子に鎖交しない。

[0077] 一の配線組 53に含まれる 2本の上書き込み配線 51を被覆する 2つのヨーク層 57の 磁化は、下記の工程によって互いに逆方向に向けられることが可能である。図 20に 示されている MRAMが形成された後、当該 MRAMは、ヨーク層 57のキュリー点より も高い温度で熱処理される。一の配線組 53の上書き込み配線 51を被覆する 2つのョ ーク層 57の磁化が反対である場合に磁化のポテンシャルエネルギーが最小になる ため、当該 MRAMの温度が常温に戻されることにより、一の配線組 53の上書き込み 配線 51を被覆する 2つのヨーク層 57の磁化は、 自発的に逆向きに向く。

[0078] 一の配線組 54に含まれる 2本の下書き込み配線 52を被覆する 2つのヨーク層 60の 磁化も、同様に、互いに逆方向に向けられることが可能である。

[0079] このように、本実施の形態の MRAMは、上書き込み配線 51及び下書き込み配線 5 2をそれぞれに被覆するヨーク層 57、 60が発生するバイアス磁界が閉磁路に閉じ込 められ、該バイアス磁界が磁気抵抗素子に鎖交することが防がれている。

[0080] 本実施の形態において、上書き込み配線 51及び下書き込み配線 52の端部の近 傍の構造は、様々に変更されうる。

[0081] 図 23は、上書き込み配線 51の端部の近傍の構造の変形例を示す。図 23に示され ているように、導電性の磁性体膜 55a、 55bの代わりに、絶縁性磁性体膜 55a'、 55b 'が使用され得る。この場合、絶縁性磁性体膜 55a'、 55b 'は、ヨーク層 57に直接に 接して形成され得る。絶縁性磁性体膜 55a'、 55b'が直接にヨーク層 57に接すること は、絶縁性磁性体膜 55a'、 55b'とヨーク層 57との磁気的な結合を強め、より完全な 閉磁路の形成を可能にする。

[0082] 図 24、図 25は、下書き込み配線 52の端部の近傍の構造の変形例を示している。

図 24に示されているように、ヨーク層 60の端部分 60bに面する溝が層間絶縁膜 59に 形成され、その溝の内面が絶縁膜 61によって被覆される。磁性体膜 56a、 56bは、 絶縁膜 61の上に、該溝の内面を被覆するように形成される。図 25に示されているよう に、層間絶縁膜 59への溝の形成により、磁性体膜 56a、 56bは、凹部 62を有するよ うに形成される。このような構造は、磁性体膜 56a、 56bとヨーク層 60の端部分 60bと をより大きな面積で対向させ、磁性体膜 56a、 56bとヨーク層 60との磁気的な結合を 強める。これは、より完全な閉磁路の形成を可能にするため好ましい。

[0083] 更に、図 26、 27に示されているように、導電性の磁性体膜 56a、 56bの代わりに、 絶縁性磁性体膜 56a'、 56b 'が使用され得る。この場合、絶縁性磁性体膜 56a'、 56 b 'は、ヨーク層 60に直接に接して形成され得る。例えば、図 26に示されているように 、絶縁性磁性体膜 56a'、 56b 'は、絶縁膜 61に被覆されることが可能である。図 27 に示されているように、絶縁膜 61がヨーク層 60の端部分 60aを被覆しないように形成 され、絶縁性磁性体膜 56a'、 56b 'が、ヨーク層 60の端部分 60aを被覆し、且つ、絶 縁膜 61にオーバーラップするように形成されることが可能である。絶縁性磁性体膜 5 6a'、 56b 'が直接にヨーク層 60に接することは、絶縁性磁性体膜 56a'、 56b 'とョー ク層 60との磁気的な結合を強め、より完全な閉磁路の形成を可能にする。

[0084] 図 28に示されているように、一の配線組 53に含まれる上書き込み配線 51の数は、 及び一の配線組 54に含まれる下書き込み配線 52の数は、 2に限定されない。例え ば、一の配線組 53が、 4本の上書き込み配線 51によって構成されることが可能であり 、一の配線組 54が、 4本の下書き込み配線 52によって構成されることが可能である。

[0085] 一の配線組 53に含まれる上書き込み配線 51の数が 2でない場合にも、ヨーク層 57 の磁化の方向は、熱処理によってヨーク層 57、磁性体膜 55a、及び 55bが閉磁路を 形成するように向けられることが可能である。当該 MRAMがヨーク層 57のキュリー点 よりも高い温度で熱処理された後、当該 MRAMの温度が常温に戻されることにより、 ヨーク層 57の磁化の方向は、ヨーク層 57、磁性体膜 55a、及び 55bが閉磁路を形成 する方向に向く。

[0086] 同様に、一の配線組 54に含まれる下書き込み配線 52の数が 2でない場合にもョー ク層 60の磁化の方向は、熱処理によってヨーク層 60、磁性体膜 56a、及び 56bが閉 磁路を形成するように向けられることが可能である。

[0087] 更に本実施の形態において、図 29に示されているように、磁性体膜 55aが全ての 上書き込み配線 51の第 1端 51aをオーバーラップするように形成され、磁性体膜 55b が全ての第 2端 51bをオーバーラップするように形成されることが可能である。この場 合、磁性体膜 55aと磁性体膜 55bとが、一対の磁性体膜 55c、 55dによって連結され ること力 S好適である。磁性体膜 55c、 55dは、上書き込み配線 51のアレイをはさんで 互いに対向する位置にある。かかる構造は、上書き込み配線 51を被覆するヨーク層 57の端から放射されるバイアス磁界の循環を促進し、該バイアス磁界が磁気抵抗素 子に鎖交することをより有効に防止する。

[0088] 同様に、磁性体膜 56aが、全ての下書き込み配線 52の第 1端 52aをオーバーラッ プするように形成され、磁性体膜 56bが、全ての下書き込み配線 52の第 2端 52bを オーバーラップするように形成されることが可能である。この場合、磁性体膜 56aと磁 性体構造体 56bとが、一対の磁性体膜 56c、 56dによって連結されることが好適であ る。磁性体膜 56c、 56dは、下書き込み配線 52のアレイをはさんで互いに対向する 位置にある。力かる構造は、下書き込み配線 52を被覆するヨーク層 60の端から放射 されるバイアス磁界の循環を促進し、該バイアス磁界が磁気抵抗素子に鎖交すること をより有効に防止する。

[0089] (実施の第 5形態）

図 30は、本発明による MRAMの実施の第 5形態を示す。実施の第 5形態では、 2 つのブロック 71、 72が X軸方向に隣接して設けられる。ブロック 71には、側面及び上 面がヨーク層によって被覆された上書き込み配線 73が X軸方向に延設され、側面及 び下面がヨーク層によって被覆された下書き込み配線 74が y軸方向に延設される。 上書き込み配線 73と下書き込み配線 74とが交差する位置のそれぞれには、磁気抵 抗素子が設けられる。

[0090] 同様に、ブロック 72には、側面及び上面がヨーク層によって被覆された上書き込み 配線 75が X軸方向に延設され、側面及び下面がヨーク層によって被覆された下書き 込み配線 76が y軸方向に延設される。上書き込み配線 75と下書き込み配線 76とが 交差する位置のそれぞれには、磁気抵抗素子が設けられる。

[0091] 導電性の磁性体膜 77が、ブロック 71の上書き込み配線 73の端と、ブロック 72の上 書き込み配線 75の端とをオーバーラップするように設けられる。図 31は、上書き込み 配線 73、 75の端の近傍の構造を示す。上書き込み配線 73、 75は、それぞれ、ョー ク層 78、 79によって被覆される。上書き込み配線 73、 75、及びヨーク層 78、 79は、 絶縁膜 80で被覆される。磁性体膜 77は、絶縁膜 80の上に形成される。絶縁膜 80は 、上書き込み配線 73、 75を電気的に絶縁する。磁性体膜 77は、絶縁膜 80を介して ヨーク層 78、 79と対向し、ヨーク層 78、 79と磁気的に結合される。

[0092] 磁性体膜 77は、ブロック 71の上書き込み配線 73を被覆するヨーク層 78と、ブロック

72の上書き込み配線 75を被覆するヨーク層 79とを磁気的に結合し、磁気抵抗素子 に印加されるバイアス磁界を有効に減少する。磁性体膜 77は、上書き込み配線 73 を被覆するヨーク層 78が発生するバイアス磁界を、上書き込み配線 75を被覆するョ ーク層 79に誘導し、又は、上書き込み配線 75を被覆するヨーク層 79が発生するバイ ァス磁界を、上書き込み配線 73を被覆するヨーク層 78に誘導する。このような磁性 体膜 77の作用により、ヨーク層 78、 79の磁性体膜 77に対向する端に生じる磁極が 発生する磁界は、磁気抵抗素子に鎖交しない。従って、磁性体膜 77は、磁気抵抗 素子に鎖交するバイアス磁界を有効に減少する。

[0093] 例えば、長さが 100 μ m、幅が 1 μ m、厚さが 0. 3 μ mである上書き込み配線 73、 7 5が厚さが 50nmであるヨーク層 78、 79によって被覆され、磁性体膜 77が、厚さ 50η mの NiFeで形成され、且つ、厚さ 20nmの絶縁膜 80によって上書き込み配線 73、 7 5から分離されている場合を考える。この場合、上書き込み配線 73 (又は上書き込み 配線 75)の磁性体膜 77の側の端力 放出される磁界の実質的に全てが磁性体膜 7 7に鎖交し、該磁界の磁気抵抗素子への漏れは見出されない。

[0094] 図 32に示されているように、導電性の磁性体膜 77の代わりに、絶縁性磁性体膜 77 'が形成され得る。この場合、絶縁性磁性体膜 77 'は、ヨーク層 78、 79に直接に接し て形成され得る。絶縁性磁性体膜 77 'が直接にヨーク層 78、 79に接することは、絶 縁性磁性体膜 77 'とヨーク層 78、 79との磁気的な結合を強める。

[0095] 本実施の形態において、図 33に示されているように、磁性体構造体 77が設けられ る代わりに、ブロック 71の上書き込み配線 73とブロック 72の上書き込み配線 75とが 充分に近く配設されることが可能である。上書き込み配線 73と上書き込み配線 75と を充分に近づけることにより、上書き込み配線 73を被覆するヨーク層 78が発生する 磁界が、上書き込み配線 75を被覆するヨーク層 79に誘導され、又は、上書き込み配 線 75を被覆するヨーク層 79が発生する磁界は、上書き込み配線 73を被覆するョー ク層 78に誘導される。図 33の構造は、図 30に図示されている構造と同様に、磁気抵 抗素子に印加されるバイアス磁界を有効に減少する。

[0096] (実施の第 6形態）

図 34は、本発明による MRAMの実施の第 6形態を示す。側面及び上面がヨーク 層によって被覆された上書き込み配線 81が X軸方向に延設され、側面及び下面がョ ーク層によって被覆された下書き込み配線 82が y軸方向に延設される。上書き込み 配線 81と下書き込み配線 82とが交差する位置のそれぞれには、磁気抵抗素子 83 が設けられる。

[0097] 磁気抵抗素子 83に印加されるバイアス磁界を減少するために、上書き込み配線 8 1及び下書き込み配線 82を被覆するヨーク層の端 81a、 82aは、磁気抵抗素子の特 性に影響が及ばない程度に充分に遠くに配置される。ヨーク層の端 81a、 82aが、磁 気抵抗素子から充分に遠く離されることにより、ヨーク層の端に生じる磁極から磁気抵 抗素子への距離が充分に増大される。磁極が発する静磁界の強さは磁極からの距 離の 2乗に反比例するから、ヨーク層の端 81a、 82aから磁気抵抗素子への距離を充 分に大きくすることにより、ヨーク層の端から放射される磁界のうち、磁気抵抗素子に 鎖交する成分を充分に小さくすることができる。これにより、磁気抵抗素子に印加され るバイアス磁界を、磁気抵抗素子の特性に影響がない程度に減少することが可能で ある。

[0098] 定量的には、上書き込み配線 81を被覆するヨーク層の端 81aは、端 81aに生じる 磁極が端 81aに最近接する磁気抵抗素子 83に鎖交させるバイアス磁界の大きさ力 磁気抵抗素子 83の自由強磁性層の真性 (intrinsic)の抗磁界の 5分の 1以下になる 程度に、より好適には、 10分の 1以下になる程度に、最近接する磁気抵抗素子 83か ら離されることが好適である。ここで、磁気抵抗素子 83の自由強磁性層の真性（ intrinsic)の抗磁界とは、該自由強磁性層に、その磁化と垂直な方向に磁界が印加さ れてレ、なレ、ときの抗磁界を意味する。

[0099] 同様に、下書き込み配線 82を被覆するヨーク層の端 82aは、端 82aに生じる磁極 が端 82aに最近接する磁気抵抗素子 83に鎖交させるバイアス磁界の大きさが、磁気 抵抗素子 83の自由強磁性層の真性 (intrinsic)の抗磁界の 5分の 1以下になる程度 に、より好適には、 10分の 1以下になる程度に、最近接する磁気抵抗素子 83から離 されること力好適である。

[0100] また、上書き込み配線 81を被覆するヨーク層の端 81aは、最近接する磁気抵抗素 子 83からの距離力 下書き込み配線 82の最小ピッチ以上になるように、より好適に は、該最小ピッチの 3倍以上になるように、最近接する磁気抵抗素子 83から離される ことが好適である。ここで、下書き込み配線 82の最小ピッチとは、下書き込み配線 82 の中心線の間隔 dxのうち最小であるものを意味する。下書き込み配線 82が平行に 等間隔に配置されている場合には、最小ピッチとは、下書き込み配線 82の間隔に等 しい。

[0101] 同様に、下書き込み配線 82を被覆するヨーク層の端 82aは、最近接する磁気抵抗 素子 83からの距離力 上書き込み配線 81の最小ピッチ以上になるように、より好適 には、該ピッチの 3倍以上になるように、最近接する磁気抵抗素子 83から離されるこ とが好適である。ここで、上書き込み配線 81の最小ピッチとは、上書き込み配線 81の 中心線の間隔 dyのうち最小であるものを意味する。上書き込み配線 81が平行に等 間隔に配置されている場合には、最小ピッチとは、上書き込み配線 81の間隔に等し レ、。

[0102] このように、ヨーク層の端 81a、 82aが、磁気抵抗素子 83から充分に遠く離されるこ とにより、磁気抵抗素子 83に鎖交するバイアス磁界が減少される。例えば、長さが 10 0 μ m、幅が 1 μ m、厚さが 0. 3 μ mである上書き込み配線 81が、厚さが 50nmの Ni Feによって形成されたヨーク層によって被覆される場合について考察する。上書き込 み配線 81の端から X軸方向に 10 /i m離れ、上書き込み配線 81の下面から 0. 1 /i m だけ離れた位置における磁界の x軸方向の成分は、約 10 (〇e)である。上書き込み 配線 81の端から X軸方向に 20 z m離れ、上書き込み配線 81の下面から 0. 1 μ mだ け離れた位置における磁界の X軸方向の成分は、約 3 (Oe)である。上書き込み配線 81の端を、 10 x mだけ遠くに設けることにより、磁気抵抗素子に印加されるバイアス 磁界を、約 3分の 1に減少することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 第 1方向に磁気異方性を有する複数の磁気抵抗素子と、

前記第 1方向と異なる第 2方向に延設され、且つ、前記磁気抵抗素子にデータを書 き込むための書き込み電流が流される配線と、

強磁性体で形成され、前記第 2方向に延設され、且つ、前記配線の表面の少なくと も一部を被覆するヨーク層

とを備え、

前記複数の磁気抵抗素子は、

第 1磁気抵抗素子と、

前記ヨーク層の前記第 2方向における端からの距離が、前記第 1磁気抵抗素子より も遠い第 2磁気抵抗素子

とを含み、

前記第 1磁気抵抗素子が有する前記磁気異方性は、前記第 2磁気抵抗素子が有 する前記磁気異方性よりも強レヽ

磁気ランダムアクセスメモリ。

[2] 請求項 1に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおレ、て、

前記第 1磁気抵抗素子の前記第 2方向における幅に対する、前記第 1磁気抵抗素 子の前記第 1方向における長さの比である第 1縦横比は、前記第 2磁気抵抗素子の 前記第 2方向における幅に対する、前記第 2磁気抵抗素子の前記第 1方向における 長さの比である第 2縦横比よりも大きレヽ

磁気ランダムアクセスメモリ。

[3] 磁気抵抗素子と、

前記磁気抵抗素子にデータを書き込むための書き込み電流が流される第 1配線と 強磁性体で形成され、前記配線が延伸する第 1方向に延設され、且つ、前記配線 の表面の少なくとも一部を被覆する第 1ヨーク層と、

前記第 1ヨーク層の前記第 1方向における端に生じる磁極が発生する磁界を、前記 磁気抵抗素子から逸らすように誘導する磁界制御構造体 とを備えた

磁気ランダムアクセスメモリ。

[4] 請求項 3に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおレヽて、

前記磁界制御構造体は、前記第 1ヨーク層の前記端と、前記磁気抵抗素子との間 に位置する磁気遮蔽構造体を含む

磁気ランダムアクセスメモリ。

[5] 請求項 4に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおレ、て

前記磁界遮蔽構造体は、前記第 1配線に対して斜めに交差する

磁気ランダムアクセスメモリ。

[6] 請求項 5に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおレ、て、

前記磁界遮蔽構造体は、前記磁気抵抗素子の少なくとも一部と共通の積層構造を 有する

磁気ランダムアクセスメモリ。

[7] 請求項 4に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおレヽて、

更に、

当該磁気ランダムアクセスメモリに含まれる磁気抵抗素子へのデータの書き込みに 使用されず、前記第 1方向と異なる方向に延設され、前記ヨーク層の前記端と、前記 磁気抵抗素子との間に位置する第 2配線と、

前記第 2配線の表面の少なくとも一部を被覆する第 2ヨーク層

とを備え、

前記第 2ヨーク層は、前記磁気遮蔽構造体として機能する

磁気ランダムアクセスメモリ。

[8] 請求項 3に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおレ、て、

更に、

前記第 1ヨーク層を被覆するスぺーサ層

を備え、

前記磁界制御構造体は、前記スぺーサ層を被覆する磁性体層を含み、 前記磁性体層は、前記第 1ヨーク層の前記端のうちの一方から放出される磁界を、 前記第 1ヨーク層の前記端の他方に誘導する

磁気ランダムアクセスメモリ。

[9] 請求項 8に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおレヽて、

前記第 1ヨーク層と前記磁性体層との磁化は、逆方向に向いている

磁気ランダムアクセスメモリ。

[10] 請求項 9に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおレ、て、

前記スぺーサ層は、前記第 1ヨーク層と前記磁性体層とが反強磁性的に結合す るように形成されている

磁気ランダムアクセスメモリ。

[11] 請求項 3に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおレ、て、

更に、

前記第 1方向に延設された第 2配線と、

強磁性体で形成され、前記第 1方向に延設され、且つ、前記第 2配線の表面の少 なくとも一部を被覆する第 2ヨーク層

とを備え、

前記磁界制御構造体は、前記第 1ヨーク層と前記第 2ヨーク層とを磁気的に結合す る磁性体部材を含む

磁気ランダムアクセスメモリ。

[12] 請求項 11に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおレ、て 前記第 2配線は、前記第 1配線に、前記第 1方向と垂直な第 2方向において隣接し 前記磁性体部材は、

前記第 1ヨーク層の一端と、前記第 2ヨーク層の一端とを磁気的に結合する第 1磁 性体部材と、

前記第 1ヨーク層の他端と、前記第 2ヨーク層の他端とを磁気的に結合する第 2磁 性体部材

とを含む 磁気ランダムアクセスメモリ。

[13] 請求項 12に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおレ、て、

更に、

前記第 1磁性体部材と前記第 2磁性体部材との間に介設された第 3磁性体部材と、 前記磁気抵抗素子に対して前記第 3磁性体部材の反対側に位置し、且つ、前記第 1磁性体部材と前記第 2磁性体部材との間に介設された第 4磁性体部材

とを備えた

磁気ランダムアクセスメモリ。

[14] 請求項 11に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおレ、て、

前記第 2配線は、前記第 1配線に、前記第 1方向において隣接する

磁気ランダムアクセスメモリ。

[15] 請求項 3に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおレ、て、

更に、

前記第 1方向に延設され、前記第 1配線に前記第 1方向において隣接する第 2配 線と、

強磁性体で形成され、前記第 1方向に延設され、且つ、前記第 2配線の表面の少 なくとも一部を被覆する第 2ヨーク層

とを備え、

前記第 2ヨーク層は、前記第 1ヨーク層と磁気的に結合する程度に前記第 1ヨーク層 に近接して設けられて前記磁界制御構造体として機能する

磁気ランダムアクセスメモリ。

[16] 磁気抵抗素子と、

前記磁気抵抗素子にデータを書き込むための書き込み電流が流される配線と、 強磁性体で形成され、前記配線が延伸する方向に延設され、且つ、前記配線の表 面の少なくとも一部を被覆するヨーク層

とを備え、

前記ヨーク層の端は、前記端から放射される磁界が前記磁気抵抗素子の特性に質 的に影響を及ぼさない程度に充分に離された 磁気ランダムアクセスメモリ。

[17] 行列に並べられた磁気抵抗素子と、

前記磁気抵抗素子にデータを書き込むための書き込み電流が流される配線と、 強磁性体で形成され、前記配線が延伸する方向に延設され、且つ、前記配線の表 面の少なくとも一部を被覆するヨーク層

とを備え、

前記ヨーク層の端は、前記端に生じる磁極が前記磁気抵抗素子のうち前記端に最 近接する最近接磁気抵抗素子に鎖交させる磁界が、前記磁気抵抗素子の自由強磁 性層の真性の抗磁界の 5分の一以下になる程度に、前記最近接磁気抵抗素子から 離れて位置する

磁気ランダムアクセスメモリ。

[18] 第 1方向に複数の第 1配線と、

前記第 1方向と異なる第 2方向に延設された複数の第 2配線と、

前記第 1配線のそれぞれの少なくとも一部を被覆する第 1ヨーク層と、

前記第 1配線と前記第 2配線とが交差する交点のそれぞれに配置された磁気抵抗 素子

とを備え、

前記第 1ヨーク層の前記第 1方向における第 1端は、前記第 1端に最近接する最近 接磁気抵抗素子から前記第 1端への距離が、前記第 2配線の最小ピッチ以上である ように前記最近接磁気抵抗素子から離れて位置する

磁気ランダムアクセスメモリ。